(57)【要約】【課題】ナノ粒子の電気発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】透明導電性物質から形成された前面電極２０と、導電性物質から形成された背面電極４０と、前面電極２０と背面電極４０との間に介在されるものであって、シリコンから形成されたコアと、コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたシェルとを持つコア／シェル構造のナノ粒子２４ａを含む発光層３０と、を備えるナノ粒子の電気発光素子。【選択図】図１
2006237595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電性物質から形成された前面電極と、
導電性物質から形成された背面電極と、
前記前面電極と背面電極との間に介在されるものであって、シリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたシェルとを持つコア／シェル構造のナノ粒子を含む発光層と、を備えることを特徴とするナノ粒子の電気発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、
前記ナノ粒子から形成されたナノ粒子層と、
前記ナノ粒子層の上下部にそれぞれ設けられた絶縁層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の電気発光素子。
【請求項３】
前記絶縁層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたことを特徴とする請求項２に記載のナノ粒子の電気発光素子。
【請求項４】
前記ナノ粒子の直径は１〜１０ｎｍ範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子の電気発光素子。
【請求項５】
前記発光層上に、それと同じ少なくとも一つの発光層がさらに設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子の電気発光素子。
【請求項６】
透明基板を準備する工程と、
前記基板上に透明導電性物質で前面電極を形成する工程と、
前記前面電極上にシリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたシェルとを持つコア／シェル構造のナノ粒子を含む発光層を形成する工程と、
前記発光層上に導電性物質で背面電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記発光層は、
前記ナノ粒子から形成されたナノ粒子層と、
前記ナノ粒子層の上下部にそれぞれ設けられた絶縁層と、を備えることを特徴とする請求項６に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記発光層を形成する工程は、
前記前面電極上に下部絶縁層を形成する工程と、
前記下部絶縁層上に前記ナノ粒子を塗布してナノ粒子層を形成する工程と、
前記ナノ粒子層上に上部絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されることを特徴とする請求項７または８に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ナノ粒子層を形成する工程は、
前記ナノ粒子を備える工程と、
前記下部絶縁層上に前記ナノ粒子を塗布する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ナノ粒子を備える工程は、
熱分解法またはレーザーアブレーション法により行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の直径は、１〜１０ｎｍ範囲にあることを特徴とする請求項６または１１に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子を塗布する工程は、
熱泳動法または電気泳動法により行われることを特徴とする請求項１０または１１に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記発光層上に、それと同じ少なくとも一つの発光層をさらに形成することを特徴とする請求項６または７に記載のナノ粒子の電気発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には、発光効率が改善されて光出力に優れたナノ粒子の電気発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ）素子とは、電気的励起によって光を発光する素子である。例えば、ロー状態の電子に電気エネルギーを供給してハイ状態に作った後、電気エネルギーの供給を中断すれば、ハイ状態の電子がまたロー状態になりつつ特定波長の光が発生できる。このようなＥＬ素子の代表的な例として、有機ＥＬ素子がある。有機ＥＬ素子は基本的に、透明電極である正極（酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ））と仕事関数の低い金属、例えば、Ｃａ、Ｌｉ、Ａｌ／Ｌｉ、Ｍｇ／Ａｇなどを使用した負極との間に厚さ１００〜２００ｎｍ程度の薄い有機発光層が介在されている構造を持つ。このような有機ＥＬ素子で、電気発光は両電極から注入された電子と正孔との再結合により発生する。
【０００３】
従来に、このようなＥＬ素子の発光層素材としてナノメートルサイズの発光粒子、すなわち、ナノ発光粒子を利用しようとする研究が進んでいる。ナノ粒子は、マイクロメートルサイズの粒子、すなわち、バルク粒子とは違って不連続的なエネルギーを持ち、その物理化学的な性質及び光電子性質がバルク粒子とは全く異なる特性を持つ。特に、このようなナノ粒子は、その大きさが小さくなるにつれて、エネルギーバンドギャップの増加及び量子効果によって、多様な波長の光、すなわち、全可視光領域及び青色から紫外線領域までの光を容易に得ることができて、発光層素材として利用できるということが知られている。
【０００４】
近来、Ｓｉを微粒子化して、そのサイズがナノメートルサイズになれば、室温で可視光領域の発光が得られることが知られている。例えば、平均粒径３ｎｍのＳｉナノ粒子から形成された薄膜から、紫色から青色領域までの発光が観測でき、量子サイズ効果によるＳｉ結晶内の直接遷移を示唆する結果が既に報告されたことがある。しかし、Ｓｉ微粒子に関する研究はまだ実験段階であり、未知の部分が多く、新機能の素子を実現するためにさらに強い発光強度及び短い発光波長の光を発生させる発光層素材の開発がさらに要求される。
【０００５】
特許文献１は、Ｓｉ微粒子の製造方法と、Ｓｉ微粒子薄膜を使用した発光素子とが開示される。ここで、前記Ｓｉ微粒子は、気相のＳｉを溶媒として冷却することによって製造され、前記発光素子は、このようなＳｉ微粒子が積層された薄膜を備える。しかし、前記のようなＳｉ微粒子の表面にダングリングボンド（Ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄｓ）、空孔（ｖａｃａｎｃｙ）のような欠陥（ｄｅｆｅｃｔｓ）などが存在でき、このような欠陥はＳｉ微粒子の発光効率及び発光特性に悪影響を及ぼすことができる。
【特許文献１】特開平９−１８１３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、発光効率が改善されて光出力に優れたナノ粒子の電気発光素子及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるナノ粒子の電気発光素子は、透明導電性物質から形成された前面電極と、導電性物質から形成された背面電極と、前記前面電極と背面電極との間に介在されるものであって、シリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたシェルとを持つコア／シェル構造のナノ粒子を含む発光層と、を備える。
【０００８】
また、本発明によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法は、透明基板を準備する工程と、前記基板上に透明導電性物質で前面電極を形成する工程と、前記前面電極上にシリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されたシェルとを持つコア／シェル構造のナノ粒子を含む発光層を形成する工程と、前記発光層上に導電性物質で背面電極を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シェルによる効率的なキャッピングによりＳｉコアの界面特性が向上することによって、発光効率が改善されて光出力に優れたナノ粒子の電気発光素子を得ることができる。特に、本発明によるナノ粒子の電気発光素子の発光層はコア／シェル構造のナノ粒子を含み、前記シェルによりＳｉコアが効率的にキャッピングされるために、Ｓｉコアの界面特性及び発光特性が改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるナノ粒子の電気発光素子及びその製造方法の望ましい実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張して図示されたものである。
【００１１】
図１は、本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の概略的断面図である。
【００１２】
図１を参照すれば、本発明によるナノ粒子の電気発光素子は、前面電極２０と背面電極４０、及び前記前面電極２０と背面電極４０との間に介在された発光層３０を備える。
【００１３】
前記発光層（ＥＭＬ；Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ）３０は、前記両電極２０、４０から供給された電子と正孔との再結合がなされつつ発光がおきる領域である。ここで、前記発光層３０は、シリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素、例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４から形成されたシェルを持つコア／シェル構造のナノ粒子２４ａを含むことを特徴とする。ここで、前記コア／シェル構造のナノ粒子２４ａは、熱分解法またはレーザーアブレーション法により製造できる。前記熱分解法またはレーザーアブレーション法による粒子の生成方法は、一般的に広く公示されており、したがって、これらについての詳細な説明は省略する。前記ナノ粒子２４ａの生成過程で、製造されたＳｉコアを酸素（Ｏ２）またはアンモニア（ＮＨ３）ガス雰囲気で所定温度で熱処理して、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素のシェルが形成されたコア／シェル構造のナノ粒子２４ａを得ることができる。このようなコア／シェル構造のナノ粒子２４ａによれば、前記シェルによりＳｉコアが効率的にキャッピングされるために、Ｓｉコアの界面特性及び発光特性が改善できる。特に、前記シェルによりＳｉコアの表面にダングリングボンド、空孔のような欠陥などの形成が抑制されるために、Ｓｉコアの界面が安定化できる。このような前記ナノ粒子２４ａの直径は１〜１０ｎｍの範囲にある。
【００１４】
望ましく、前記発光層３０は、前記コア／シェル構造のナノ粒子２４ａから形成されたナノ粒子層２４と、前記ナノ粒子層２４の上下部にそれぞれ設けられた絶縁層２２ａ，２２ｂとを備える。ここで、前記絶縁層２２ａ，２２ｂは、酸化ケイ素または窒化ケイ素、例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４から形成されたものである。
【００１５】
前記前面電極２０は、前記発光層３０から出射になった光が透過されるように、透明導電性物質から形成され、このような透明導電性物質の例として、ＩＴＯなどがある。また、前記背面電極４０は、導電性物質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはマグネシウム（Ｍｇ）で形成される。ＥＬ素子で、前記前面電極２０及び背面電極４０はその機能及び材質が一般的に広く公示されており、したがって、これらについての詳細な説明は省略する。
【００１６】
前記のような構成を持つ本発明によれば、シェルによる効率的なキャッピングによりＳｉコアの界面特性が向上することによって、発光効率が改善されて光出力に優れたナノ粒子の電気発光素子を得ることができる。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の概略的断面図である。ここで、図１の実施形態と重複する部分についての説明は省略し、同じ構成要素については同じ参照番号をそのまま引用する。
【００１８】
図２の実施形態によるナノ粒子の電気発光素子で、前面電極２０と背面電極４０との間に設けられた発光層３１は、図１の発光層３０上にこのような少なくとも一つの発光層３０をさらに備える。具体的に説明すれば、図２の実施形態による発光層３１は、前記コア／シェル構造のナノ粒子２４ａから形成された複数個のナノ粒子層２４と、前記それぞれのナノ粒子層２４の上下部にそれぞれ設けられた絶縁層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとを備える。このように複数個の発光層が備わることによって、断層の発光層を備える時より光出力のさらに大きいナノ粒子の電気発光素子を得ることができる。
【００１９】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【００２０】
図３Ａないし図３Ｃを参照すれば、まず、透明基板１０を備えて、前記基板１０上に透明導電性物質、例えば、ＩＴＯ物質で前面電極２０を形成する。次いで、前記前面電極２０上に下部絶縁層２２ａを形成する。前記透明基板１０の例として、ガラス基板、プラスチック基板またはサファイア基板などがある。ここで、前記下部絶縁層２２ａは、通常、酸化ケイ素または窒化ケイ素、例えばＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４から形成されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の絶縁物質で形成できる。前記前面電極２０及び下部絶縁層２２ａは、公知の薄膜蒸着法、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成できる。
【００２１】
図３Ｄを参照すれば、前記下部絶縁層２２ａ上にシリコンから形成されたコアと、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素、例えばＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４から形成されたシェルを持つコア／シェル構造のナノ粒子２４ａを塗布してナノ粒子層２４を形成する。前記ナノ粒子２４ａの直径は１〜１０ｎｍの範囲にある。ここで、前記ナノ粒子２４ａは、熱分解法またはレーザーアブレーション法により製造できる。前記熱分解法またはレーザーアブレーション法による粒子の生成方法は、一般的に広く公示されており、したがって、これらについての詳細な説明は省略する。ナノ粒子２４ａの生成過程で、製造されたＳｉコアをＯ２またはＮＨ３ガス雰囲気で所定温度で熱処理して、前記コアの表面に酸化ケイ素または窒化ケイ素のシェルが形成されたコア／シェル構造のナノ粒子２４ａを得ることができる。
【００２２】
また、前記ナノ粒子２４ａの塗布は、熱泳動法または電気泳動法により行われうる。このような熱泳動法または電気泳動法は一般的に広く公示されており、したがって、これらについての詳細な説明は省略する。
【００２３】
図３Ｅ及び図３Ｆを参照すれば、前記ナノ粒子層２４の上に上部絶縁層２２ｂ及び背面電極４０が順次に積層される。前記上部絶縁層２２ｂは、通常、酸化ケイ素または窒化ケイ素、例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４で形成されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の絶縁物質で形成できる。前記背面電極４０は、導電性物質、例えば、ＡｌまたはＭｇで形成される。前記上部絶縁層２２ｂ及び背面電極４０は公知の薄膜蒸着法、例えば、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法により形成できる。
【００２４】
前記のような工程過程を通じて、発光効率が改善されて光出力に優れたナノ粒子の電気発光素子を得ることができる。特に、前記ナノ粒子の電気発光素子の製造工程時にナノ粒径を制御することによって、前記ナノ粒子からサイズ制御による量子孤立効果（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）を得ることができる。このような構造の発光素子は、製造工程が容易なだけでなく製造コストが低い。
【００２５】
望ましくは、順次に積層された下部絶縁層２２ａ、ナノ粒子層２４及び上部絶縁層２２ｂは一つの発光層３０を構成し、前記発光層３０上にこれと同一な少なくとも一つの発光層３０をさらに形成できる。このように複数個の発光層３０が備わることによって、単層の発光層３０を備える時より光出力がさらに大きいナノ粒子の電気発光素子を得ることができる。
【００２６】
図４は、コア／シェル構造のＳｉナノ粒子のＰＬ（Ｐｈｏｔｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光特性を示す写真である。
【００２７】
このような本願発明の理解を助けるためにいくつかの模範的な実施形態が説明されて添付された図面に図示されたが、このような実施形態は単に広い発明を例示してこれを制限しないという点、そして、本発明は図示かつ説明された構造及び配列に限定されないという点が理解されねばならず、これは、多様な他の修正が当業者により行われうるためである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、電気発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ）素子に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の概略的断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の概略的断面図である。
【図３Ａ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｃ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｄ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｅ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｆ】本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の電気発光素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４】コア／シェル構造のＳｉナノ粒子のＰＬ発光特性を示す写真である。
【符号の説明】
【００３０】
２０    前面電極、
２２ａ，２２ｂ    絶縁層、
２４    ナノ粒子層、
２４ａ    ナノ粒子、
３０    発光層、
４０    背面電極。
【図１】
2006237595.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
2006237595.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2006237595.tif 000007
【図３Ｄ】
2006237595.tif 000008
【図３Ｅ】
2006237595.tif 000009
【図３Ｆ】
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【図４】
2006237595.tif 000011